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PCB-Layout als Service

PCB-Layout als Service Dienstleistung Fachkräftemangel, Innovationen und Kapazitätsspitzen schaffen einen Markt für Dienstleistungen rund um die Entwicklung von Leiterplatten. In der Elektronik gibt es unterschiedliche Aufgaben, die an externe Dienstleister ausgelagert werden. Was ist dabei zu beachten, wann sind solche Modelle sinnvoll und welche Risiken gibt es? In der Elektronikentwicklung werden oft nicht alle Arbeitsschritte im Unternehmen intern bearbeitet. Dies hat vielfältige Ursachen und die Bandbreite der Anforderungen ist groß. Zum einen gibt es Firmen, die nur selten eine Leiterplatte entwickeln und hausintern weder über Tools noch spezielles Knowhow verfügen. Diese Firmen beauftragen mit einem handschriftlich gezeichneten Stromlaufplan das komplette Design extern. Es gibt auch Anwendungsfälle, bei denen mit steigender Komplexität der elektronischen Baugruppen die Unterstützung durch externe Spezialisten sinnvoll ist. Dabei handelt es sich oftmals um Einzelprojekte mit speziellen Anforderungen oder den Einstieg in eine neue Technologie. Aber nicht nur für Spezialaufgaben werden Dienstleister beauftragt, auch wenn es zu internen personellen Engpässen kommt werden Arbeitspakete ausgelagert. Die Gründe für personelle Engpässe können Urlaube, Elternzeiten, Krankheiten oder Kündigungen von Mitarbeitern sein, oder auch eine zeitlich begrenzte Häufung von Projekten zu einem besonderen Termin. Externe Layout-Dienstleister ergänzen die Teams bei den Firmen für unterschiedliche Aufgaben. Der Einsatz ist meist projektbezogen und zeitlich begrenzt. Es gibt aber auch Aufgaben, wie die Pflege der Bauteilbibliothek, die kontinuierlich mit 1-2 Arbeitstagen pro Monat ausgelagert wird. Die Anforderungen an ein fertigungsgerechtes Layout einer Leiterplatte steigen mit der Anzahl der Lagen, der Designregeln, der Frequenzen von Signalen und Stromstärken. Das Entwerfen einer Leiterplatte erfordert nicht nur Kenntnisse von den PCB-Layout-Tools wie z.B. Allegro PCB-Designer, sondern verlangt auch viel Erfahrung über die PCB-Fertigungsprozesse. Design-Regeln zu den verschiedensten Fertigungstechnologien können heute schon in moderne Layout-Software als DFM-Vorgaben eingelesen werden. Dennoch muss der Layouter wissen, wie der als DRC-Verletzung angezeigte Fehler im Design zu korrigieren ist. Dazu gehört auch die Kenntnis von notwendigen, branchenspezifischen Vorschriften, damit ein zuverlässiges Design entsteht. Diese Tätigkeitsbeschreibung gilt für interne wie auch externe Layouter. Die Art der ausgelagerten Arbeitspakete ist unterschiedlich und abhängig davon, wie die Schnittstellen definiert werden. Häufig erstellt der Auftraggeber seinen Stromlaufplan selbst und übergibt diesen mit elektrischen Designvorgaben und den mechanischen Anforderungen, um eine Leiterplatte designen zu las- FlowCAD EDA-Software Vertriebs GmbH www.flowcad.com 14 4/2022

Dienstleistung sen. Der Layouter hat dann Zugriff auf die interne Bauteilbibliothek von verifizierten Footprints und erstellt im Bedarfsfall auch neue Komponenten in der Bibliothek entsprechend den Vorschriften. In der Phase des Placements der wesentlichen Komponenten unterscheiden sich Dienstleister. Diese Phase ist von dynamischer Kommunikation geprägt. Die Entwickler und Projektleiter müssen zusammen mit dem Layout-Dienstleister Kompromisse besprechen, um eine optimale Lösung für die Leiterplatte zu finden. Solche Absprachen finden meist bei einer Projektübergabe statt und werden dann mit Telefonaten und Webmeetings fortlaufend weitergeführt. Als zielführend hat sich eine permanente Transparenz für den Entwickler herausgestellt. Der Entwickler kann die Fortschritte des Designs mit Layout-Viewern oder PDFs mitverfolgen, und neue Anforderungen können sofort besprochen und definiert werden. Üblich ist es auch, die Arbeitspakete durch regelmäßige Reviews abzugleichen. Meist ändert sich der Stromlaufplan noch während der Layoutphase und es muss sichergestellt werden, dass alle Änderungen mit dem Layout synchronisiert bleiben. Klare verständliche Kommunikation stellt sicher, dass über alle undokumentierten Designabsichten das gleiche Verständnis besteht. Zuerst werden der Lagenaufbau, die Leiterplattenkontur und die Platzierung der unveränderbaren Elemente wie Stecker und Befestigungsbohrungen festgelegt. Anschließend kann der Layouter mit der Planung der Bauteilplatzierung und einer Routing- Abschätzung beginnen. Hier sollte wieder ein regelmäßiger Abgleich der Fortschritte im Design über einen Viewer auf den Design-Daten oder mit PDFs erfolgen. Diese Reviews können in persönlichen Treffen oder über das Internet mit Webmeetings stattfinden. Wichtig ist aber, dass sich beide Seiten verstehen. Ein Layouter in der gleichen Zeitzone, der die gleiche Sprache spricht und entsprechende Branchenkenntnisse besitzt, führt nachweislich zu weniger Missverständnissen. Je weiter weg der Layouter sitzt (z.B. in Osteuropa oder Asien), desto unterschiedlicher sind die Sprachen, Mentalitäten und Erfahrungen, und die Anzahl der Missverständnisse steigt. Diese Missverständnisse führen zu mehr abgerechneten Tagen und Verzögerungen bei der Fertigstellung. Der Kostenunterschied pro Stunde für einen lokalen Layouter relativiert sich schnell. Wenn die Kommunikation nicht reibungslos funktioniert, können die Projektkosten wegen eines vermeintlich günstigen Layouters höher ausfallen als durch die Kosten für einen erfahrenen, teureren Layouter. Die Art, wie eine Leiterplatte getestet wird, muss berücksichtigt werden, bevor ein Layout fertiggestellt ist. Zu einem PCB-Layout gehören auch Testpunkte, die im Layout eingeplant werden müssen. Wie eine Leiterplatte getestet wird, hängt nicht nur von der Geräteausstattung des Leiterplattenfertigers ab, sondern auch vom Platz auf der Leiterkarte sowie von elektrischen Einflüssen. Hier kommuniziert der Dienstleister gegebenenfalls mit dem Auftraggeber wie auch mit der späteren Fertigung. Am Ende der Design-Phase werden die definierten Fertigungsunterlagen wie IPC-2581, Gerber, Stücklisten, Bohr- und Fräsdaten, etc. aufbereitet. Die Unterlagen können in Paketen mit unterschiedlichem Inhalt für die Leiterplattenfertigung, Bestückung, den Test und eine interne Archivierung zusammengestellt werden. Messungen und Simulationen finden meist im eigenen Labor der Entwickler statt. Messungen in der EMV-Kammer sind ein klassisches Beispiel für externe Dienstleistung. Nur die wenigsten Firmen verfügen hausintern über eine zertifizierte EMV-Kammer. Daher werden solche Messungen bei spezialisierten Dienstleistern durchgeführt. Der Nachteil von Messungen an Prototypen ist, dass spät erkannte Fehler zu einem Redesign und damit zu hohen Kosten und Verzögerungen führen. Daher versuchen viele Firmen schon frühzeitig Teile der Schaltung zu simulieren und so ein späteres Redesign zu vermeiden. 4/2022 15